Comment assurer la sécurité des données à long terme
Une équipe présente une nouvelle voie pour le stockage de données à long terme basée sur des défauts à l'échelle atomique
Avec le développement de l'internet, des médias sociaux ou de l'informatique en nuage, la quantité de données créées quotidiennement dans le monde monte en flèche. Cela nécessite de nouvelles technologies qui pourraient fournir des densités de stockage plus élevées combinées à un archivage sécurisé des données à long terme, bien au-delà des capacités des dispositifs de stockage de données traditionnels. Une équipe de recherche internationale dirigée par le Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) propose aujourd'hui un nouveau concept de stockage de données à long terme basé sur des défauts à l'échelle atomique dans le carbure de silicium, un matériau semi-conducteur. Ces défauts sont créés par un faisceau d'ions focalisé, ce qui permet d'obtenir une résolution spatiale élevée, une vitesse d'écriture rapide et une faible consommation d'énergie pour le stockage d'un seul bit, comme l'indique l'équipe dans la revue Advanced Functional Materials.
Selon les dernières estimations, environ 330 millions de téraoctets de nouvelles données sont créés chaque jour, 90 % des données mondiales ayant été générées au cours des deux dernières années seulement. Si les chiffres suggèrent déjà la nécessité de technologies de stockage de données avancées, ce n'est pas le seul problème associé à ce développement. "La durée de stockage limitée des supports de stockage actuels nécessite une migration des données dans un délai de plusieurs années afin d'éviter toute perte de données. Outre le fait d'être pris au piège dans des procédures de migration de données perpétuelles, cela augmente considérablement la consommation d'énergie, car une quantité importante d'énergie est consommée dans le processus", explique le Dr Georgy Astakhov de l'Institut de physique des faisceaux d'ions et de recherche sur les matériaux du HZDR.
Pour atténuer cette crise imminente, l'équipe d'Astakhov présente aujourd'hui un nouveau concept de stockage de données à long terme basé sur des défauts à l'échelle atomique dans le carbure de silicium. Ces défauts sont infligés par un faisceau focalisé de protons ou d'ions hélium et lus à l'aide de mécanismes de luminescence associés aux défauts.
Les dispositifs de stockage traditionnels bridés par la physique
Actuellement, la mémoire magnétique est le premier choix pour les solutions de stockage de données visant de grandes capacités, alors que les lois de la physique fixent les limites des densités de stockage réalisables. Pour les augmenter, il faut réduire la taille des particules magnétiques. Mais les fluctuations thermiques et les processus de diffusion dans le matériau prennent alors de l'importance, ce qui a un impact négatif sur le temps de stockage. L'ajustement des propriétés magnétiques du matériau peut supprimer cet effet, mais cela a un prix : une énergie plus élevée pour stocker l'information. De même, les performances des dispositifs optiques sont entravées par les lois de la physique. En raison de la limite dite de diffraction, la taille du plus petit bit d'enregistrement est limitée : Il ne peut pas être plus petit que la moitié de la longueur d'onde de la lumière, ce qui fixe la limite de la capacité de stockage maximale. La solution réside dans l'enregistrement optique multidimensionnel.
Le carbure de silicium présente des défauts à l'échelle atomique, en particulier l'absence d'atomes de silicium dans le site du réseau. Les défauts sont créés par un faisceau focalisé de protons ou d'ions d'hélium, ce qui permet d'obtenir une haute résolution spatiale, une vitesse d'écriture rapide et une faible consommation d'énergie pour le stockage d'un seul bit. "La limite de diffraction de la densité de stockage inhérente aux supports optiques s'applique également à notre cas. Nous la surmontons grâce à des schémas d'encodage 4D. Ici, les trois dimensions spatiales et une quatrième dimension d'intensité supplémentaire sont réalisées en contrôlant la position et la profondeur latérales ainsi que le nombre de défauts. Ensuite, nous lisons optiquement les données stockées au moyen de la photoluminescence provoquée par l'excitation optique. En outre, la densité de stockage surfacique peut être considérablement améliorée en utilisant une excitation par faisceau d'électrons focalisé qui provoque une cathodoluminescence observable", explique Astakhov en soulignant certaines caractéristiques importantes de sa méthode.
Stocker des données pendant des générations
Les informations stockées peuvent à nouveau être éliminées des défauts, en fonction des conditions environnementales dans lesquelles le support est conservé, mais les scientifiques ont de bonnes nouvelles en ce qui concerne leur matériau : "La désactivation de ces défauts en fonction de la température suggère un temps de rétention minimum de quelques générations dans des conditions ambiantes", explique Astakhov. Et ce n'est pas tout. Avec une excitation laser dans le proche infrarouge, des techniques d'encodage modernes et un stockage de données multicouche, à savoir l'empilement de jusqu'à dix couches de carbure de silicium, l'équipe atteint une densité de stockage surfacique qui correspond à celle des disques Blu-ray. En passant à l'excitation par faisceau d'électrons au lieu de l'excitation optique pour la lecture des données, la limite atteignable de cette manière correspond à la densité de stockage surfacique record actuellement rapportée d'un prototype de bande magnétique, qui a cependant un temps de stockage plus court et une consommation d'énergie plus élevée.
Pour ce travail, les scientifiques de Rossendorf se sont associés à des chercheurs de l'université Julius-Maximilian de Würzburg (Allemagne), du Jet Propulsion Laboratory, du California Institute of Technology (États-Unis), des National Institutes for Quantum Science and Technology (Japon) et de l'université de Tohoku (Japon). L'approche conceptuelle de l'équipe ne se limite pas au carbure de silicium et peut être étendue à d'autres matériaux présentant des défauts optiquement actifs, y compris les matériaux 2D.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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